Неђељко Јекнић

KOLIKO ZAPRAVO VIDIMO

Vidljivi spektar

Skoro 80 procenata informacija koje primamo iz svog okruženja dobijamo uz pomoć vida. Vid je najvažnije čulo koje imamo, ali vidljivi spektar elektromagnetnog zračenja, dakle onaj koji je dostupan našim očima predstavlja samo 0.0035% ukupnog elektromagnetnog spektra. Iako kao vrsta imamo poprilično prepotentan stav prema svijetu oko nas, činjenica je da mi zapravo većinu stvari „ne vidimo“.

Пише: Види све колумне

Opseg vidljive svjetlosti obuhvata talasne dužine od 380 do 750 nanometara. Kraće talasne dužine od onoga što mi vidimo su ultraljubičasti dio spektra, a veće talasne dužine su infracrveni spektar. Za razliku od ljudi, neke životinje mogu da vide izvan nama dostupnog opsega svjetlosti.

 Pčele i insekti mogu da detektuju ultraljubičasto svijetlo i to im pomaže da nađu nektar u cvijeću koje ima UV (ultraviolet) markere. Ptice takođe mogu da vide ovaj za nas nedostupni dio spektra (300-400 nanometara). Ipak, pčele koje vide ultraljubičasto ne mogu vidjeti crvenu boju, pa se recimo kod njih domet vidljivog spektra završava na 590 nanometara, malo prije nego počinju narandžaste talasne dužine.

Sa druge strane, neke zmije mogu da osjete infracrveno toplotno zračenje. Ova sposobnost im omogućava da napadnu plijen onda kada nema dovoljno svjetlosti ili detektuju toplo tijelo i sa nekoliko metara udaljenosti. Slijepe zvečarke ili zvečarke sa povezom na očima mogu precizno da napadnu plijen u potpunom odsustvu vidljive svjetlosti. Testiranja na cijanobakterijama su pokazala da neke od njih mogu da vrše fotosintezu u uslovima u kojima dominira infracrvena svjetlost, kakvu emituje najčešći tip zvijezda u našoj galaksiji – crveni patuljci (čak 73% zvijezda u našoj galaksiji su upravo ovaj tip). Ove bakterije su sasvim jednako napredovale kao da su izložene zračenju sa našeg Sunca.

Razlike između različitih živih vrsta su posledice broja fotoreceptora u očima. U zavisnosti od broja ovih receptora dijele se na monohromatske, dihromatske, trihromatske i tetrahromatske, zavisno od toga da li imaju jedan, dva, tri ili četiri fotoreceptora.

Monohromati (hromo je na grčkom boja) su kitovi, vrsta noćnog majmuna ili australijski morski lav. Kod ljudi se rijetko dešava i predstavlja nasledni ili stečeni poremećaj, pa ljudi sa ovakvim vidom mogu razlikovati svijetlo, tamno i nijanse sive ali ne i boje.

Dihromatski organizmi su većina sisara i oni imaju dva tipa konusnih ćelija odnosno fotoreceptora sa različitim spektralnim osjetljivostima. Ovakav vid ima dvije primarne boje iako je rani predak sisara bio tetrahromatičan. Dihromatski vid omogućava životinjama da lakše pronađu plijen, ili da uoče opasnost pri slabom osvjetljenju, te je stoga najvjerovatnije evolucijom izgubljena sposobnost detektovanja četiri primarne boje.

U trihromate spadaju ljudi i neki blisko srodni primati. Kod ljudi i primata su prisutni receptori za plavu, zelenu i crvenu dok su i pčele takođe trihromati, ali sa ultraljubičastim, plavim i zelenim receptorima, bez crvenog. Kombinovanim radom ova tri receptora, prosječan čovjek može da razlikuje do deset miliona boja.

Tetrahromati već imaju četiri nezavisna kanala za prenos informacija o boji, odnosno posjeduju četiri tipa konusnih ćelija u oku. Ovakav tip vida je prisutan kod ptica, riba, vodozemaca i gmizavaca. Zajednički predak svih kičmenjaka je bio tetrahromat, ali su danas samo neke od vrsta zadržale ovu sposobnost. Ovi organizmi mogu da vide izvan našeg opsega ili da vide razliku između nekih boja koje nama ljudima djeluju identično.

Ljudska vrsta iako pripada trihromatima, u rijetkim situacijama može da ima osobine i drugih grupa. Monohromatski poremećaj je jako rijedak i ima ga svega 0.003% ljudi. Sa druge strane, dihromatske oči su mnogo zastupljenije i po raznim podacima se broj ovih ljudi kreće od 2% do 8%. Postoji nekoliko vrsta dihromacije, ali najčešća je crveno-zelena varijanta, kada ljudi ne razlikuju ove dvije boje, odnosno vide jednu ili drugu a nikako obje. Slična situacija se javlja i kod kombinacije plava-žuta usled nedostatka jednog od tri fotoreceptora.

Iako rijetka pojava, dokazi sugerišu da se kod ljudi mogu naći i oči sa četiri fotoreceptora: plavi, zeleni, narandžasti i crveni. Mogu vidjeti do sto miliona nijansi i ova pojava je primijećena samo kod žena. Iako po nekim istraživanjima čak 12% žena ima četiri vrste konusnih ćelija, samo 1,36% svjetske populacije zaista ima tertahromatski vid i stvarno može razlikovati više boja. Ovo se dešava iz razloga što je dodatna moć konusnih ćelija za ljude nepotrebna i većina osoba sa četiri fotoreceptora nikada se ne razvije u prave tetrahromate. Testovi prepoznavanja boja na internetu ne mogu detektovati osobe sa ovom sposobnošću jer monitori naših računara ne daju dovoljno informacija prikazujući boju, tetrahromatske oči se mogu otkriti samo testiranjem u laboratorijama.

No, nama vidljivi opseg svjetlosti očigledno nije slučajno baš između 380 i 750 nanometara. Sunce emituje elektromagnetno zračenje od kojeg na površini Zemlje oko 52% nosi infracrvena svjetlost, oko 43% vidljiva i oko 8% ultraljubičastog zračenja. Maksimum radijacije Sunca je na talasnoj dužini od oko 500 nm (nešto između žute i zelene) a kao posledica toga – ljudsko oko je najosjetljivije na 555 nm što je inače zelena boja. Očigledno su se oči organizama na Zemlji prilagođavale onome što je ponuđeno kada je svjetlost u pitanju. Površina Sunca je oko 5500 stepeni Celzijusa i upravo zbog toga najviše emituje žute svjetlosti. Da je nekim slučajem temperatura površine 3000 C Sunce bi izgledalo crvenkasto kao zvijezda Betelgez i davalo bi mnogo više infracrvene svjetlosti nego što sada imamo a manje u vidljivom spektru. Da je Sunce toplije i da ima temperaturu od recimo 12 000 C onda bi izgledalo plavo, kao zvijezda Rigel i davalo bi mnogo više ultraljubičaste svjetlosti. Pitanje koje se postavlja je da li bi u tim slučajevima naše oči bile prilagođene takvim uslovima i kako bi uopšte izgledale.

Iako se termin svjetlost uglavnom koristi samo za vidljivi dio spektra, u fizici svjetlost predstavlja kompletnu elektromagnentu radijaciju. Svjetlost se emituje ili apsorbuje fotonima i dugo nauka nije bila sigurno da li je svjetlost čestica ili talas. U 17. vijeku Njutn je tvrdio da je svjetlost čestica, ali je istovremeno u suprotnom taboru Hajgens tvrdio da je talas. Početkom 19. vijeka talasna priroda svjetlosti je nadvladala i bila mejnstrim teorija, dok je čestična priroda gurnuta u drugi plan. Nadogradnju tog stava dao je Maksvel koji je kako je svjetlost talas i to zapravo elektromagnetni talas. I tako je bilo sve do kraja 19. vijeka kada čestičnu prirodu svjetlosti u modu ponovo vraća Ajnštajn i suštinska teorija svjetlosti iz elektromagnetne prelazi u kvantnu. Danas je poznato da se svjetlost ponaša i kao čestica i kao talas. O tome kako se to dešava i šta takva priroda svjetlosti implicira pisano je u ovom tekstu https://rtcg.me/kolumne/425885/cudesno-a-stvarno--svijet-kvantne-fizike.html  

I da se vratimo na početak: vidljiva svjetlost predstavlja samo minijaturni dio ukupnog EM spektra. Šta čini ostatak elektromagnetnog zračenja? 

Kraće talasne dužine čine jonizujuća zračenja u koja ubrajamo gama zrake (y rays), rendgenske zrake (X rays) i ultraljubičasto svijetlo (UV). Jonizujućim se zovu zato što fotoni ovakvog zračenja imaju dovoljno energije da jonizuju atome, odnosno materiju i kao takvi mogu da oštete žive ćelije. Sa druge strane, zračenja većih talasnih dužina od vidljive svjetlosti u koja spadaju infracrveno, mikrotalasno i radio zračenje su nejonizujuća jer nemaju dovoljno energije da izazovu ovakve promjene. O tome kako detektujemo i kako “vidimo“ ove djelove elektromagnetog spektra u narednom tekstu.